IL-21/IL-21R信号在IBD病变形成机制中作用的研究进展

姜雪峰,贾 楠，牛译晨,2，岳 丹,3，王媛媛，张晓清，孙 逊*

(1.中国医科大学基础医学院 免疫学教研室，辽宁 沈阳 110122；2．中国医科大学 第一临床学院，辽宁 沈阳 110122；3.中国医科大学附属盛京医院 检验科，辽宁 沈阳 110004；4.中国医科大学附属第四医院 麻醉科，辽宁 沈阳 110032)

炎症性肠病(Inflammatory bowel disease，IBD)是一种特殊的慢性炎症性肠道疾病，包括克罗恩氏病(Crohn′s disease,CD)和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)，其病因和发病机制尚不明确，普遍认为是由多种因素相互作用导致的，如：肠黏膜免疫调节异常、持续性肠道感染、肠黏膜屏障缺损、遗传和环境因素[1]。研究表明，肠黏膜固有性和适应性免疫应答共同参与IBD的病变形成过程，肠黏膜异常的免疫应答是引起黏膜组织损伤的重要原因。研究发现，CD主要由Th1和Th17细胞及其分泌的细胞因子介导，UC主要由Th2细胞及其分泌的细胞因子和NKT细胞介导。同时调节性T细胞(regulator Tcells，Treg)介导的免疫应答在调节IBD患者适应性免疫应答、介导其炎症发生发展过程中亦发挥重要作用[2]。此外，还有研究表明B细胞同样参与IBD的发生[3]。近年来，临床研究发现在IBD患者血清中IL-21蛋白水平异常升高，暗示IL-21/IL-21R信号可能在IBD的发病过程中发挥重要作用[4]。本文将针对IL-21/IL-21R信号在IBD病变形成机制中作用的研究进展进行综述。

1 IL-21/IL-21R的生物学特点

IL-21是γ链细胞因子家族成员之一,是一种多效性的I型细胞因子，主要来源于滤泡辅助性T(T follicular helper,TFH)细胞和Th17细胞等CD4+T细胞亚群[5]，还可以由自然杀伤T细胞(natural killer T cell，NKT)和中性粒细胞产生[6]。IL-21受体 (IL-21 receptor,IL-21R)是一个由IL-21R亚单位和γ锁(γ-chain)组成的复合体，其中IL-21R亚单位为配体识别结合部位,γ-chain为信号传导单位[7]。IL-21R主要表达在T细胞、B细胞、NK细胞、巨噬细胞和树突状细胞等免疫细胞表面[8]。IL-21与IL-21Rα/γ链结合后，通过活化JAK1/JAK3路径，激活信号传导及转录激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)通路,以及部分激活 STAT1、STAT5a和 STAT5b。此外,IL-21R信号还可触发激活磷脂酰肌醇激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/ Akt和促细胞分裂原活化蛋白激酶(motigen-activated proteinkinase,MAPK)信号通路,进而在介导细胞增殖中发挥重要作用[9]。

2 IL-21/IL-21R的生物学功能

IL-21对多种细胞产生影响，包括CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞、巨噬细胞、单核细胞和树突状细胞(dendritic cells，DCs)[9-10]等。IL-21可增强IL-23R信号介导的Th17细胞的增殖和生存维持；反之，IL-21R信号缺失将明显抑制小鼠CD4+T细胞表面IL-23R的表达[11]。在抗原提呈过程中，TFH细胞能产生高水平的IL-21，同时IL-21能促进TFH的表面标志趋化因子受体5(CXCR5)的表达，进一步促进TFH细胞分泌IL-21[12]，两者相互促进。DC可以重新激活TFH细胞的记忆功能产生高水平的IL-21。因此，TFH细胞能在再次免疫应答中快速强效地为B细胞提供辅助信号[13]。有研究报道，IL-21可抑制T细胞Foxp3的表达,进而抑制Treg细胞的分化，从而起到抗肿瘤作用[14、15]。另有研究报道,外源性IL-21重组蛋白可显著抑制IL-21KO小鼠Foxp3的表达[16]。这说明肿瘤免疫细胞高表达内源性IL-21可增强外源性IL-21对局部Treg细胞分化的抑制作用。然而，缺少外源性IL-21的参与,TGF-β刺激后的IL-21KO小鼠和野生型小鼠Treg细胞的Foxp3表达水平无显著差异。IL-21是作用于B细胞的一类免疫抑制因子,可以抑制B细胞淋巴瘤细胞亚群的增殖，也可能在调节B细胞肿瘤发生方面起到作用[17-18]。IL-21具有诱导凋亡的能力，在IL-21R基因敲除鼠中B细胞对IL-21介导的凋亡或抗增殖信号无敏感性[19]。IL-21可介导鼠祖B细胞内STAT1和STAT3的磷酸化，其中STAT1作为一种肿瘤抑制因子，该基因缺失后可导致小鼠对肿瘤的易感性明显增加。IL-21也是B细胞分泌IgG1的重要调节因子,IL-21丧失反应性会导致内源性B细胞功能缺陷,进而广泛影响多种免疫球蛋白的合成。另有报道显示，IL-21可上调IgG1,抑制IgE的合成，所以在IL-21R基因缺失小鼠中IgE分泌水平显著升高,而在IL-4、IL-21R缺失小鼠中IgE没有任何上调,说明IgE的合成依赖于IL-4/IL-21信号通路[20]。

3 IL-21与炎症性肠病

Monteleone等[21]发现在CD或UC患者的炎症性肠组织中IL-21的分泌明显增加，IL-21通过对多种细胞的靶向作用加重肠炎的严重程度。例如，IL-21可通过抑制Treg细胞分化，并发增强Th17细胞分化及相关细胞因子的合成，进而促进IBD的发生发展。IL-21主要由抗原活化的CD4+T细胞产生。IL-21的缺乏可导致早发性IBD的发生，说明IL-21参与炎症早期肠道黏膜固有免疫和适应性免疫应答，并发挥重要调控作用。同时，IL-21KO小鼠对于Th1/Th17细胞介导的肠道炎症易感性显著降低。由此可见，IL-21/IL-21R信号可能通过上调肠黏膜固有层Th1/Th2/Th17细胞应答，从而参与IBD的病变形成，并扮演重要的炎症诱导作用。

大量证据支持肠道过度产生IL-21对宿主有害的结论。在葡聚糖硫酸钠(DSS)和三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的野生型小鼠肠炎模型中IL-21分泌增加，而IL-21KO小鼠炎症程度减轻，同时IL-21KO小鼠与Th17细胞相关的细胞因子分泌显著下降，如IL-17A和IL-17F[11]。DSS诱导的肠炎模型中，IL-21R/Fc与IL-21结合防止其表面受体激活，野生型小鼠炎症减轻，说明IL-21有促炎作用。类似的情况出现在人类IBD的研究中[22]，刺激肠黏膜T细胞上IL-21的表达会增强转录因子的激活(即STAT3、STAT4和T-bet)和IFN-γ、IL-21本身标记的合成。以上数据说明，IL-21能够增强肠道中Th1和Th17细胞的免疫应答。但是最近有一项研究表明IL-21基因的纯合子突变与普通变量相关联免疫缺陷样B细胞导致人类早发性炎症性肠病[23]。此外，Yeste等[24]也通过实验得出IL-21通过STAT3、ROR-γt和芳香烃受体路径诱导黏膜T细胞产生IL-22，从而保护免疫缺陷小鼠免受DSS诱导的肠炎。

研究显示IL-21可以抑制Foxp3+Tregs应答加重肠炎[25],但最新研究表明在DSS诱导肠炎的mIL-21iso-Tg小鼠中Treg细胞应答上调[26]。有研究发现，在IL-21RKO小鼠中DSS诱导肠炎后Treg细胞明显下降。IL-21的调节抑制了IL-2的产生，进而间接降低了Treg细胞的生存能力[27]。由于IL-21/IL-21R信号的缺失，可能有另一个细胞因子影响了Treg细胞的生存能力。IL-21具有免疫抑制力，因为它可以诱导初始CD4+T细胞、CD8+T细胞和B细胞产生IL-10[28]。Th1或Th17细胞在IL-21存在的情况下也可以产生高水平的IL-10，然后IL-21通过T-调节型1(T-regulatory type 1，Tr1)细胞的免疫抑制力诱导IL-10的产生。

TFH细胞是效应性CD4+T细胞亚群，存在于B淋巴滤泡中,其主要特征是组成性表达CXCR5 和高水平表达ICOS，IL-21是其主要的效应因子，为B细胞的分化和活化过程提供辅助。在以DSS诱导的炎症性肠病动物模型中，用TFH细胞特异性膜表面分子ICOS、CXCR5、CD40L为标记，结合其特异性细胞因子Bcl-6 以及相关细胞因子IL-21的表达检测，发现小鼠中TFH细胞的上述标记分子均显著降低，提示TFH的比例及活性在此模型中均显著降低，说明TFH可能参与了UC的免疫调节过程。同时研究发现，TFH细胞在TNBS诱导的结肠炎小鼠体内显著上调[29],所以TFH 细胞比例和功能的异常变化在IBD 发病过程中的作用需进一步探讨。

4 展 望

L-21/IL-21R信号在IBD肠黏膜免疫应答及肠道稳态的维持中发挥重要的调节作用，但其生物学功能具有复杂性和多样性。目前有关IL-21/IL-21R信号转导对肠道炎症发生发展的相关研究仍然存在“促炎”和“抑炎”两种截然不同的观点。这可能与IBD疾病类型和实验对象基因背景不同相关。因此，IL-21/IL-21R信号在IBD中的作用机制还有待于进一步研究，以期为IBD临床免疫生物学治疗提供新的靶点。